[实用新型]电能路由器及微电网结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及电能技术领域，具体涉及一种电能路由器及微电网结构。

背景技术

随着4G技术、数据通信和互联网业务的发展，通信设备对供电可靠性要求越来越高，用电量也远超传统交换、传输等通信业务。由于通信核心局耗电量大，为提高供电容量和抗干扰能力，并方便运营单位管理维护，通信电源供配电系统通常采用图1所示的集中供电方式，在通信核心局中集中设置高低压变配电室，通过高压配电柜、电力变压器将10kV中压交流电变换到380V/220V低压交流电，再通过低压配电柜将电能分配的不同机房楼或同一机房楼不同楼层、区域的电力电池室、配电室给负载供电。

电力电池室电源系统框图如图2所示，包括交流配电箱、交流配电屏、直流配电屏、UPS电源、-48V开关电源、336V高压直流电源、蓄电池组等电源设备，根据不同负载的供电等级和电源需求，给低压直流、高压直流、交流通信负载，动力和环境监控系统、建筑照明、消防智能化等建筑负载，空调和通排风系统等其他交流负载供电。

从上面的描述可见，目前通信核心局电源种类包括380V/220V交流，-48V低压直流和336V高压直流三种，采用树干式结构从10kV开始逐级变换、分配电能，380V/220V交流市电和高压直流开关电源、低压直流开关电源、蓄电池组、UPS电源等通信电源设备之间为上下游关系，电能从交流市电到通信电源设备再到负载单相流动，不同种类通信电源设备之间不兼容且能量不能交换。通信配电网工作在稳压模式，提供380/220V交流、-48V直流和336V直流三条电压母线，功率由负载决定，不能主动控制。根据现有通信核心局供配电系统技术方案描述，可得目前通信核心局配电网拓扑结构如图3所示，可见这种树干式多级变换的通信配电网络结构复杂，电源种类和供电设备繁多、系统复杂。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种电能路由器及微电网结构，本实用新型提供的电能路由器具有模块化，可扩展性高，高压直流、低压直流和交流之间能量可交换的优点，并且自带有三相交流、高压直流和低压直流端，适合通信微电网供电应用。

为解决上述技术问题，本实用新型提供以下技术方案：

第一方面，本实用新型提供了一种电能路由器，包括：低压直流端、三相交流端、高压直流端和三相支路；其中，每相支路分别包括有一个整桥臂电路，每个整桥臂电路包括有一个上桥臂电路和一个下桥臂电路，上桥臂电路由N个半桥模块和一个上桥臂电感依次串联组成，下桥臂电路由一个下桥臂电感和N个半桥模块依次串联组成，上桥臂电感与下桥臂电感直接连接且上桥臂电感与下桥臂电感之间的连接点称为桥臂中点；

其中，每个半桥模块包括一个半桥结构以及位于直流侧的低压蓄电池组；每个半桥模块的直流侧电压为U^*_SM，每个半桥模块的直流侧输出电压端为电能路由器的低压直流端；

其中，每个半桥结构由上下连接的两个IGBT管组成，当位于上方的IGBT管开通，位于下方的IGBT管关断时，与该半桥结构对应的半桥模块的交流端输出电压U_ab＝U^*_SM；当位于上方的IGBT管关断，位于下方的IGBT管开通时，与该半桥结构对应的半桥模块的交流端输出电压为U_ab＝0；每相支路通过控制每个半桥模块中两个IGBT管的通断实现整桥臂输出电压U_arm从0～N*U^*_SM之间阶梯变化；所述电能路由器还包括调制变压器，所述调制变压器的输入端与三相的桥臂中点连接，所述调制变压器的输出端为所述电能路由器的三相交流端；

三相支路整流桥臂的公共直流侧输出电压端为电能路由器的高压直流端。

进一步地，所述半桥模块的直流侧还设置有支撑电容。

进一步地，上桥臂电感与下桥臂电感的电感值相同。

进一步地，所述电能路由器的三相交流端的输出电压为：U_cabc＝MU_dc cosω₀t；

其中，U_cabc为电能路由器的三相交流端的输出电压，M为所述调制变压器的调制比，ω₀t为所述调制变压器的调制相位，U_dc为每相支路的整桥臂输出电压。

进一步地，所述N为6。

进一步地，每个半桥模块的直流侧电压U^*_SM为60V。